基于转录组和叶绿体全基因组序列的中国特有珍稀植物青檀的保护遗传学研究

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青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.),是中国特有的单种属落叶乔木,成片或零星分布于中国19个省区。由于拥有较高的经济价值,青檀被大量砍伐,导致青檀的种质资源与野生种群分布面积不断减少。本研究利用Illumina HiSeqTM 2500测序平台对青檀两个地理距离相距较远的个体进行了转录组测序和叶绿体全基因组测序,对序列信息进行整理分析,开发出20个青檀多态性EST-SSR位点,并基于EST-SSR分子标记技术对中国东部5个青檀自然种群:安徽琅琊山(LYS)、安徽泾县(JX)、浙江天目山(TMS)、江苏燕子矶(YZJ)及北京十渡(SD)开展了保护遗传学研究。本研究的主要过程及结论如下:(1)基于Illumina HiSeq TM 2500测序平台对安徽琅琊山和北京十渡种群的两个青檀个体进行测序得到的转录组序列信息,利用Candi SSR软件进行多态性EST-SSR位点搜索和引物设计,初步得到369个理论上具有多态性的EST-SSR位点,平均长度18bp。随机挑选了30个重复单元为3-5核苷酸的候选多态性EST-SSR位点用于后续的引物有效性、多态性和通用性实验,成功开发出20个具有多态性的EST-SSR位点(Gen Bank Accession Number JZ980980-JZ980999)。随后将这20个多态性EST-SSR位点在同科植物醉翁榆(Ulmus gaussenii Cheng)和琅琊榆(Ulmus chenmoui Cheng)中进行了属间通用性检验,发现其中17个多态性EST-SSR位点在醉翁榆和琅琊榆中均能成功扩增且呈现出较高的多态性,通用性为85%,多态性为100%,所筛选的EST-SSR位点可用于榆科其它物种的种群遗传学研究。(2)利用上述20个EST-SSR多态性位点,对LYS、JX、TMS、YZJ及SD5个青檀自然种群的遗传多样性和遗传结构进行了分析。共产生63个等位基因,每个位点的等位基因数为2-6个,平均每个位点检测到等位基因数3.02个。青檀种群平均遗传多样性处于中等水平:观测杂合度Ho的均值为0.402;期望杂合度He的均值为0.405,整体种群基因分化系数Fst为0.075,种群内近交系数Fis为0.031,种群总近交系数Fit为0.102。安徽琅琊山种群的遗传多样性水平最高(平均每个位点检测到等位基因数3.15个,观测杂合度为0.411;期望杂合度为0.422);江苏南京燕子矶种群的遗传多样性水平最低(平均每个位点检测到等位基因数为2.80;观测杂合度为0.384;期望杂合度为0.373)。基于STRUCTRE软件对种群结构分析结果,可将5个青檀自然种群分为三个谱系,琅琊山种群谱系;燕子矶种群谱系及泾县种群、天目山种群、十渡种群谱系。本研究发现青檀的种群间遗传结构与地理距离关系无明显关系,推测燕子矶种群占据的独特的基因池与奠基者效应(Founder effect)有关。结合野外调研的生境调查结果可判断,琅琊山种群和燕子矶种群的保护优先级较高。(3)基于Illumina HiSeq TM 2500测序平台对安徽琅琊山(LYS)和浙江天目山(TMS)种群的两个青檀个体进行的叶绿体全基因组测序,组装出青檀琅琊山(LYS)个体的全基因组长158,635bp;天目山(TMS)个体的全基因组长158,619bp。两个个体的叶绿体全基因组在结构上与其它榆科物种一致,均由两个方向相反的反向重复区(Inverted repeats,IRs)、一个大单拷贝区(Long single copy seguence,LSC)和一个小单拷贝区(Short single copy seguence,SSC)组成。青檀叶绿体基因组共有119个基因,包括80个蛋白质编码基因、29个t RNA基因、8个r RNA基因和2个假基因。通过对青檀叶绿体全基因组的测序及初步分析,为青檀叶绿体分子标记的开发及通过叶绿体基因组构建青檀系统发育关系奠定了基础。
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